DSG 變速器換擋系統的結構與工作原理分析

鄭勁

(蘭州石化職業技術學院，甘肅蘭州730060)

0 引言

DSG 變速器采用了2 個離合器和6 或7 個前進擋的傳統齒輪變速器作為動力的傳動部件。和傳統的液力自動變速器相比，DSG 自動變速器有著明顯的區別，DSG 沒有采用液力變矩器，自動換擋更靈活，車輛的行駛性能更加優異。在傳動過程中的能耗損失非常有限，大大提高了車輛的燃油經濟性;反應非常靈敏，具有很好的駕駛樂趣;車輛在加速過程中不會有動力中斷的感覺，使車輛的加速更加強勁、平穩。汽車從起步到加速到100 km/h 所用時間比傳統手動變速器還短;與傳統自動變速器一樣可以實現順暢換擋，不影響牽引力。可以說，DSG 變速器是目前世界上最先進的變速系統之一［1］。

1 DSG 變速器的傳動機構

DSG 變速器是在手動變速器基礎上，加上電子控制單元和液壓驅動元件，讓兩離合器交替工作，不間斷地輸出動力，傳動機構的結構如圖1 所示。圖示DSG 有6 個前進擋和1 個倒擋，有兩個并排安裝的濕式離合器K1，K2，變速器的擋位按奇數擋(1、3、5、R 擋)與偶數擋(2、4、6 擋)分開布置，分別與離合器K1、K2配合工作，兩個離合器分別與輸入軸1(實心軸)和輸入軸2 (空心軸)相連接，兩離合器各自負責一根輸入軸的驅動，發動機的動力便在兩根輸入軸交替中無間斷地傳送扭矩［2］。

2 DSG 變速器換擋操縱控制系統的組成與原理

DSG 變速器換擋操縱控制系統由電控系統和液壓操縱系統構成，圖2 是其組成框圖。電控系統由傳感器、控制單元及執行器構成，傳感器主要有壓力傳感器、車速傳感器、發動機轉速傳感器及節氣門位置傳感器等，執行器主要是高速電磁閥，濕式離合器K1與K2分別由兩個高速開關電磁閥進行控制。液壓操縱系統主要由液壓油泵、液壓缸及換擋操縱機構組成。

雙離合器變速器的“智能”來自于DSG 變速器的電子控制系統，它作為變速器的控制核心，操控著快速而復雜的換擋過程。控制單元ECU 收集并處理傳感器的信號數據，對離合器、擋位操縱系統、液壓系統的壓力等進行控制。另外，該系統還應用了調節閥、轉換閥等許多液壓閥。變速器的數據信息通過一個插入式通訊接口在機電控制模塊和整車電氣系統之間進行交換，通過這個接口，整車和發動機的數據信息也傳遞到變速器的控制系統。

DSG 變速器的換擋自動控制過程可參看圖2。具體工作原理如下:DSG 變速器換擋由電控單元(ECU)采集各個傳感器的信號，實時在線對車輛的運行狀態進行識別與判斷。在需要進行換擋等操作時，ECU 發出指令，控制離合器與同步器換擋機構實現2 個離合器與變速器同步換擋動作的操縱。DSG 雙離合器自動變速器在換擋工作過程中同樣也需要對發動機進行控制，通過CAN 總線等進行整體匹配，根據道路狀況，運行工況進行調節。

3 換擋液壓操縱控制系統

換擋液壓操縱控制系統主要負責接受電控系統的控制指令，對離合器和變速器的換擋機構進行操縱。液壓控制系統主要包括雙離合器控制部分、換擋機構控制部分和冷卻部分［3］。

在DSG 中，雙離合器控制部分是對離合器油缸充入和釋放液壓油來實現離合器的分離和接合的，離合器油缸通過高速電磁閥進行動作控制。離合器的結合與分離由ECU 系統根據車輛的工況按照一定的換擋控制規律計算得出。DSG 變速器通過兩個離合器的匹配切換實現換擋動作，換擋迅速平穩，換擋時間可達到0.03 ～0.05 s，駕駛者不會有任何感覺。在換擋過程中，發動機輸出動力始終不斷地傳遞到車輪上，實現動力換擋，保證車輛具有良好的加速性能。如圖1 所示，具體工作原理如下:發動機啟動后自動掛1 擋，在高速電磁閥的驅動下離合器K1結合，發動機扭矩通過1 擋的實心軸、齒輪組和同步器傳動至差速器，最終至驅動輪，車輛起步行駛，此時離合器K2仍然處于分離狀態，不傳遞動力，但與之相連的2 擋已被預先選定。當汽車加速達到接近2 擋的換擋點時，ECU 控制系統通過指令控制高速電磁閥使換擋執行機構自動將擋位換入2擋。當達到2 擋換擋點時，離合器K1開始分離，同時離合器K2開始結合，兩個離合器交替切換，直到離合器K1完全分離，離合器K2完全結合，整個換擋過程結束［4］。在DSG 變速器自動換擋過程中，對高速電磁閥的精準控制至關重要。ECU通過調節脈沖信號的占空比來控制流經高速開關電磁閥的平均電流量，從而控制離合器的結合速度。

在DSG 中，必須實現換擋過程的自動化，這就要增加自動換擋機構來完成換擋任務，DSG 變速器的換擋裝置是擋位選擇器，擋位選擇器由1 個撥叉2 個油缸(圖3)組成，每個擋位有1 個同步器。擋位選擇器中的液壓缸推動撥叉就可以進入相應的擋位，由液壓操縱系統來控制它們的工作，如圖4 所示。四組擋位選擇器可以獨立控制4 個撥叉及每一個同步器，讓相鄰擋位的提前結合成為現實，DSG 變速器的快速反應并不只是雙離合器的功勞。在液壓控制系統中有6 個油壓調節電磁閥，用來調節2 個離合器和4 個擋位選擇器中的油壓壓力，還有5個開關電磁閥，分別控制擋位選擇器和離合器的工作。

為了保證換擋時撥叉到達指定位置，撥叉位置應受到精確控制。圖5 所示是換擋撥叉位置精確度控制裝置，行程傳感器把撥叉位置傳給電腦確定撥位。

4 高速開關電磁閥結構及特性

4.1 高速開關電磁閥結構及工作原理

在DSG 變速器運行中，離合器的結合與分離、變速器的換擋、液壓系統的主壓力的調節等主要是通過控制高速電磁閥來實現的。高速開關電磁閥只有ON、OFF 兩種工作狀態，其開關靠高低電平來驅動，具有良好的數控性能，同時還具有極高的響應速度。以滿足對離合器操縱系統的精確控制的需要。

高速開關電磁閥的結構如圖6 所示。高速開關電磁閥為推桿球閥式，其特點是借助供油口與控制口間的壓差使球閥復位，取代了普通閥復位彈簧，從而提高了電磁閥的壽命和可靠性。高速開關電磁閥控制方式為脈寬調制式［5］。當脈沖信號為低電平時，供油球閥7 在供油-回油壓差作用下向左運動，使供油口與控制口接通，在供油球閥左移同時，通過分離銷的作用推動回油球閥5 緊靠密封座面，使回油口與供油口斷開，控制口為高壓。當脈沖信號為高電平時，銜鐵1 產生的電磁推力通過頂桿和分離銷使回油閥與供油閥一起右移，直至供油球閥緊靠其密封座面，此時回油閥5 打開，供油閥關閉，控制口為低壓。

4.2 高速開關電磁閥的驅動電路

由于在DSG 變速器中，兩個離合器是交替工作的，兩個離合器的結合與分離是由高速開關電磁閥來控制的，因此高速電磁閥的穩定工作極為重要，由于ECU 輸出的脈寬調制信號不能用于直接驅動高速開關電磁閥，必須設有驅動電路，其電路如圖7 所示［4］。

5 結束語

DSG 變速器是由手動變速器技術發展而來的，它不僅繼承了手動變速箱傳動效率高，結構緊湊重量輕，制造工藝成熟等諸多優點，而且實現了自動和動力換擋，保證了車輛的加速性，被業內人士普遍看好，有著廣闊的發展前景。但同時研究表明，DSG 變速器也存在著一些亟待解決的技術問題，如控制策略的優化、關鍵零部件的加工及可靠性等問題。

【1】吳銘.大眾新一代智能自動變速器:7 擋DSG［J］. 汽車維修，2009(1):4 -6.

【2】鄭勁. DSG 雙離合變速器的結構分析［J］. 汽車零部件，2011(4):85 -86.

【3】李春明.汽車底盤電控技術［M］.北京:機械工業出版社，2010:126 -130.

【4】劉國強，孫偉，陳德民，等. 雙離合器自動變速器結構分析及換擋方式研究［J］.機械設計與制造，2011(8):104-105.

【5】劉國強，陳德民，孫偉，等. 雙離合器自動變速器控制系統中高速電磁閥特性及其控制研究［J］. 液壓與氣動，2011(2):38 -40.